3b. Antiikin Kreikka jatkuu
3.6. Antiikin Kreikan atomihypoteesi • 600 eKr. Thales: Mikä on aineen perimmäinen ”luonto”, ”physics”? • järkiperäinen, rationaalinen lähestymistapa • vesi perusaineena Thaleksen oppilaiden yleistys: • kaikki oliot yhdestä perusaineesta, joka voi ilmetä monin eri tavoin • perusaine ikuisesti pysyvää, ei häviä eikä synny Aine ja aineen säilyminen • 500 eKr. Parmenides: teoksessa Totuuden tie esitti, että maailmanselityksissä oleellista pohtia sitä mitä on ja mitä ei ole tyhjä tila, tyhjiö, on mahdottomuus maailma koostuu siitä mikä on = ainetta
Empedokles n. 450 eKr.: kaikki koostuu muutamasta • muutama: 4 alkuainetta: tuli, ilma, vesi ja maa • aine voi korvata aineen (lasissa olevan ilman tilalle voidaan kaataa vettä)
Neljä alkuainetta ja niiden ominaisuudet
Leukippos ja Demokritos • Leukippos (n.500 eKr. – n. 440 eKr.): ensimmäinen ajatus atomista • tyhjön olemassa olo voidaan sallia maailmankaikkeuteemme kuulumattomana ulkopuolisena (epä)oliona • atomia ei voida nähdä, koska ne ovat hyvin pieniä • maailmankaikkeus koostuu yhdestä ainoasta atomaaristen hiukkasten muodossa olevasta aineesta • kreikkalaiset filosofit hylkäsivät sekä Parmenideksen että Leukippoksen teorian, syynä • tyhjön olemassaoloa vastaan esitetyt argumentit • aistien todistusvoiman kieltäminen
Demokritos laajensi ja täydensi teoriaa: • Myös vakuumi mahdollinen maailma koostuu homogeenisista palloista, atomeista, joiden välissä on tyhjää. Atomit eroavat toisistaan muotonsa, sijaintinsa ja nopeutensa kautta. Erilaiset yhdistelmät mahdollisia. (kineettinen kaasuteoria) - atomit ja tyhjö sitä mikä on - maailmankaikkeus suuri tyhjä tila, jossa ikuisiksi ajoiksi luotuja, lakkaamattomassa liikkeessä ja alati muuttuvassa keskinäisessä järjestyksessä olevia atomeja - atomit täyttä ainetta, ei voida jakaa luonnon muuttumattomien ominaisuuksien perusta - atomit voivat muodostaa aistein havaittavia yhdisteitä • Maailma on rajaton, koska sitä ei ole luonut mikään tuonpuoleinen. Tieto välittyy esineistä aisteihin pienten atomiryhmien välityksellä. Sielu koostuu tulenkaltaisista, erityisen tasapintaisista atomeista. Kuolemassa sielun atomit vapautuvat ruumiin atomeista.
Demokritos
Aristoteles: ei uskonut atomien olemassaoloon, koska ei vahvistusta arkipäivän havainnoista • ”Jos ilma ja tuli muodostuisivat pienistä kiinteistä hiukkasista ne putoaisivat maahan kuin pienet kivet!”
3.7. Antiikin Kreikan tieteen huippusaavutuksia I: Arkhimedes (n. –285 -212) • kokeellisena tutkijana poikkeus • merkittävä matemaatikkona • kytki ensimmäisenä fysiikan ja matematiikan aidosti yhteen 1600-luvun luonnontieteellisen vallankumouksen yksi esikuva • Arkhimedeen laki nosteelle selvästi kokeellisuuteen perustuva, vanhin käytössä oleva fysiikan laki • lisäksi mm. vipujen tasapainoehto • käytti Puunilaissodassa polttopeiliä ja kaupunginmuuriin tuettua vipua vihollista vastaan taistelussa • viimeiset sanat: ”Noli turbare circulos meos” (Älä sotke ympyröitäni)
Arkhimedes
Arkhimedes vaati matemaattisissa tarkasteluissaan ehdotonta loogista ankaruutta ja täsmällisyyttä, vastaavaan yllettiin vasta 1800-luvulla • eräät menetelmät voidaan nähdä integraalilaskennan esiasteena • kuningas Hiero antoi valmistaa kultaisen kruunun lahjaksi jumalille, mutta epäili kultasepän korvanneen osan kullasta hopealla: Arkhimedeksen tuli keksiä menetelmä asian selvittämiseksi kruunua vahingoittamatta • Arkhimedes keksi nostemenetelmän kylpyammeessa ja juoksi kuninkaan luokse hokien: ”Heureka, heureka!” (Olen keksinyt sen!) • toisen tarinan mukaan ongelma ratkesi hydrostaattisen periaatteen avulla
Käyrän rajaaman pinnan ala
Arkhimedeen ekshaustiomenetelmä
Arkhimedes yhdisti vipuyhtälöt loogiseksi kokonaisuudeksi teoreettisen mekaniikan isä • ”Antakaa minulle pitävä tukipiste niin minä kampean maapallon sijoiltaan.” • Arkhimedeksen statiikan aksioomat: • Symmetrisesti kuormitettu vipu on tasapainossa • Tukipisteeseen vaikuttaa kokonaispaino • arabialaiset korvasivat 2. aksiooman myöhemmin ”Arsamides”-nimisen kreikkalaisen oppineen (tod. näk. Arkhimedes) aksioomalla: • Jos tasapainossa olevan vivun samansuuruisia painoja siirretään sama matka vastakkaisiin suuntiin, niin tasapainotila ei muutu mitenkään
Vipulait a la Arkhimedes
Arkhimedeen ruuvi
Arkhimedeen kirjoituksia
3.8. Antiikin Kreikan huippusaavutuksia II: Kosmoksen mallit • merkittävimmät tähtitieteen saavutukset liittyvät kosmisten suuruussuhteiden määrittämiseen: • Maan säde • Maan ja Kuun välinen etäisyys • Maan ja Auringon välinen etäisyys • babylonialainen havaitseva tähtitiede kuvaili tähtitaivaan ilmiöitä taulukoilla antiikin kreikkalaiset kehittivät taivaanliikkeitä kuvaavan geometrisen mallin • ei kuitenkaan dynaamisia tarkasteluja • Anaxagoras, Herakleitos ja Aristarkos esittivät nykyäänkin hyväksyttyjä päätelmiä (aikalaiset eivät hyväksyneet) • tähtitaivaan kuvailu vaativaa: liikkeet monimutkaisia, antiikissa rajoituttiin maakeskeisiin ympyräratoihin
Pythagoraasta Kopernikukseen
Hipparkoksen ja Ptolemaioksen malli
Aristarkhoksen menetelmä
Aristarkhoksen menetelmä …..
Aurinkokunnan mittasuhteiden arviointi
Kosmoksen mallit: yhteenveto • Philalaos (n. –450): maailmankaikkeudessa vapaana liikkuvaa Maata kiertää kymmenen kappaletta, joista yksi on ”Vastamaa” • Herakleitos (-370): Maa kiertää akselinsa ympäri, Vastamaa sulanut Keskustulen vaikutuksesta, Aurinko kiertää Maata, Merkurius ja Venus kiertävät Aurinkoa (vrt. Tycho Brahe 1600) • Eudoksos (samaan aikaan): samankeskisten pallokuorten malli, taivaankappaleet jumalallista alkuperää ja liikkuvat täydellisiä liikeratoja, so. maakeskisiä ympyräratoja pitkin, mallin sopivuus havaintojen kanssa edellytti useaa pyörimisakselia • Aristarkhos: Herakleitoksen mallin pohjalta aurinkokeskeinen versio, joka vastaa täysin Kopernikuksen 1543 esittämää mallia
Hipparkos (-150): tarkempia arvoja kosmisille mittasuhteille, 1000 tähden luettelointi ja sijainti tähtikuvioissa, pituus- ja leveysasteet • Poseidonios (-90): Auringon halkaisijalle ja etäisyydelle antiikin tarkimmat arvot • Ptolemaios (150): lähes oikeat arvot Kuun läpimitalle ja etäisyydelle, 8000 yksityiskohtaa sisältänyt kartta (Välimeren alue, Brittein saaret, Intia, Kiina ja Afrikka) • Huom. myös kreikkalaiset pohtivat Kolumbuksen ideaa, jonka mukaan Atlantin yli länteen purjehdittaessa löytyisi reitti Kiinaan tai Intiaan
Kosmos yhteenveto
Eratosthenes (-230): Aurinko on Syenessä (Assuanissa) keskikesällä keskipäivällä tarkalleen zeniitissä, sillä Auringon kuva näkyy syvänkin kaivon pohjalla • Aleksiandria ja Syene samalla meridiaanilla (3° poikkeama) • Aurinko samaan aikaan korkeimmillaan molemmilla paikkakunnilla samanaikaisuus Auringon avulla • Syene-Aleksandria –etäisyys: kamelikaravaanilta matkaan 50 päivää, päivässä 100 stadionia • myös tarkka kartta Välimeren alueesta
Erastostheneen menetelmä
Antiikin Kreikan huippusaavutuksia (yhteenvetoa) • matemaatikkoja, tähtitieteilijöitä, maantieteilijöitä, fyysikkoja, lääkäreitä, kasvitieteilijöitä, ”insinöörejä” • tieteet itsenäistyivät ja erikoistuivat: • Eukleideen (taso)geometria • Apollonius spesialisti kartioleikkausten matematiikassa • Arkhimedes pikemminkin ammattifyysikko kuin filosofi (ei tavoittele yhtenäistä maailmankuvaa)
Eukleides
3.9. Fysiikan osa-alueiden kehitys antiikissa ja aiemminkin • Äänioppi: • heiluri-, aalto- ja värähdysliike tunnettiin • ääni etenee väliaineessa värähtelynä • Pythagoras: kielen pituus ja äänen korkeus • kielen värähtelyn l. vibraation tutkiminen ja äänen korkeuden riippuvuus kielen pituudesta • vibraatiot noudattavat yksinkertaisia lukusuhteita sointu l. harmonia • Vitrivius Pollio: äänen kuuluvuus ja kaiku • äänen kuuluvuus eri tiloissa • kaiku • Heron Aleksandrialainen: ääni ja väliaine • ääni väliaineessa etenevä tiivistysrintama
Valo-oppi • optiset illuusiot (Auringon koon vaihtelu), fokusoiva kristallilinssi, Aristofanes (-445-385) mainitsee polttolasin • Platonistinen koulukunta: valo etenee suoraviivaisesti, tulo- ja heijastuskulma ovat yhtäsuuret • Ptolemaios (100-160): valon tulokulma ja taittumiskulma ovat verrannollisia (pätee pienillä kulmilla) • metalliset peilit (2. Mooseksen kirja ja Jobin kirja) • pallomaiset ja paraboloidiset peilit • Eukleides: pallomaisen peilin polttopiste • näkeminen: 1) perustuu kohteesta silmään tuleviin hiukkasiin (pythagoralaiset), 2) perustuu silmästä emittoituviin näkösäteisiin (platonistit)
Lämpöopin ”varhaistietoutta”
3.10. Laitteet ja tekniikka antiikin Kreikassa • kokeellisia tutkimuksia poikkeustapauksissa laitteet yksinkertaisia • antiikin ”tietokone” 1906 Antikyteran saarelta löydetty ja entisöity, noin vuoteen –80 ajoitettu laite, jossa on monimutkaisia, mahdollisesti kellokoneiston liikuttelemia rataspyöriä, viisareita ja numerotauluja • viisareista Auringon, Kuun ja planeettojen sijainnit • arabeilla samantyyppinen yksinkertaisempi laite tuhat vuotta myöhemmin • eurooppalaiset kellot kehittyivät arabialaisista laitteista • vastaava tekninen taso saavutettiin vasta 18. vuosisadalla • vesikellot todisteena insinööritaidosta
Antiikin ”tietokone”
Heronin diopteri
Heronin höyryturbiini
Heronin (?) uhrituli
Antiikin Vesikello
Antiikin Aurinkokello
3.11. Hellenismin tuho • antiikin Kreikan kukoistus intensiivinen, mutta lyhyt: 400 vuotta Thaleksesta (-600) Hipparkokseen(n. –190 -125), jonka aikana taantuminen alkoi • lähinnä aiempien tulosten systematisointia • Ptolemaioksen (100-160) luova työ tähtitieteessä ainoa poikkeus • Plotinuksen (205-270) luoma neoplatonismi viimeinen suuri kreikkalainen filosofinen oppisuunta • hellenistisen kulttuurin lamaantuminen edelleen mysteeri
3.12. Antiikista renessanssiin • antiikin perintö siirtyi myöhemmille sukupolville: • Rooman valtakunnan levinneisyyden välityksellä • Arabialaisen ekspansion avulla • roomalaiset eivät edistäneet geometriaa, fysiikassakin lähinnä omaksuivat muiden oppeja • tiede yhteiskunnan palveluksessa (vesijohtoverkosto) • astrologia, taikausko ja mystiikka voimakkaina • osa antiikin Kreikan kulttuuriperinnöstä siirtyi suoraan Eurooppaan keskiajalla: Boethius (480-525) käänsi ja tulkitsi antiikin töitä • käytännössä Euroopassa ei tunnettu juuri lainkaan antiikin perintöä vuoteen 1000 asti (paitsi Eukleideen yksinkertaisimmat lauseet ja Platonin sekä Aristoteleen teosten pienehköt osat)
